Sistema de Capacitación Sistema de Capacitación Sistema de Capacitación Sistema de Capacitación de Mantenimiento Productivode Mantenimiento Productivode Mantenimiento Productivode Mantenimiento Productivo

Manejo de Unidades FísicasManejo de Unidades FísicasManejo de Unidades FísicasManejo de Unidades Físicas

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En la Argentina desde 1972 se estableció por ley el uso del Sistema Internacional, que aquí se dio en llamar SIMELA (Sistema Métrico Legal Argentino). En este curso nos ocupa-remos principalmente de este sistema. Hay otros sistemas de medidas existentes, pero de uso cada vez más restringido, por ejemplo el Sistema Técnico, el CGS, etc. En la actualidad solo se suele emplear el sistema inglés para mecánica y termodinámica, o bien para la tecnología de ciertas industrias, por ejemplo la industria petrolera.

EstEstEstEstándares y Unidadesndares y Unidadesndares y Unidadesndares y Unidades

Un fenómeno físico se puede describir cuantitativamente con un número llamado cantidad físicacantidad físicacantidad físicacantidad física. Al medir una cantidad física, siempre la comparamos con un estándar de referencia estándar de referencia estándar de referencia estándar de referencia (patrón).(patrón).(patrón).(patrón).

Si decimos que un Porsche Carrera GT tiene una longitud de 4.61 m, queremos decir que es 4.61 veces mas largo que una vara de metro, que por definición

tiene 1 m de largo.

4,61

Hay dos sistemas de estándares de unidades en uso en el mundo: Sistema Inglés de Medidas: usado principalmente en USA y otros países Sistema Internacional de Medidas: usado en el resto del mundo

En rojo aparecen los únicos países que no han adoptado el Sistema Internacional

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Los sistemas se definen con unas pocas unidades de base, a partir de las cuales se defi-nen las demás. Por ejemplo, la unidad de Velocidad es el metro/segundo (m/s), es decir, se define a partir combinar las unidades de longitud y de tiempo:

Sistema InternacionalSistema InternacionalSistema InternacionalSistema Internacional Sistema InglSistema InglSistema InglSistema Ingléssss

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Múltiplos y SubmúltiplosMúltiplos y SubmúltiplosMúltiplos y SubmúltiplosMúltiplos y Submúltiplos

Las magnitudes medidas pueden resultar en valores muy chicos o muy grandes, depen-diendo de que sea lo medido. Por ejemplo, podríamos medir la distancia entre Buenos Ai-res y Villa Mercedes en metros, pero no sería práctico. Se usan entonces Múltiplos o Sub-múltiplos de estas unidades.

Ejemplos: 1 centímetro = 0,01 metro 1 hectolitro = 100 litros 1 microsegundo = 0,000001 segundos

Para modificar el rango de la unidad de medida se agrega un “prefijo”. El prefijo indica el factor multiplicador de la unidad.

Preguntas: 1) Cuantos metros hay en un kilómetro ? 1000 2) Cuantos milímetros hay en un metro ? 1000

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Unidades mas importantes Unidades mas importantes Unidades mas importantes Unidades mas importantes

La unidad de tiempo es el Segundo. Unidades derivadas: 60 segundos = 1 minuto 60 minutos = 1 hora 24 horas = 1 día Aparato para medir El reloj

Unidades de LongitudUnidades de LongitudUnidades de LongitudUnidades de Longitud

La unidad de longitud es el Metro. Algunas múltiplos o submúltiplos derivados: 1000 metros = 1 kilómetro 0,001 metros = 1 milímetro 0,01 metro = 1 centímetro Aparato para medir Cinta métrica, calibre, regla, etc

Unidades de TiempoUnidades de TiempoUnidades de TiempoUnidades de Tiempo

Unidades de MasaUnidades de MasaUnidades de MasaUnidades de Masa

La unidad de masa es el Kilogramo. Algunas múltiplos o submúltiplos derivados: 1000 Kilogramos = 1 Tonelada 0,001 KIlogramos = 1 gramo Aparato para medir Balanza

No confundir peso con masa! Masa es cantidad de materia. Peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre una masa.

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Unidades de TemperaturaUnidades de TemperaturaUnidades de TemperaturaUnidades de Temperatura

La temperatura es una propiedad física de la materia, referida al calor que contiene un cuerpo. Los materiales suelen cambiar algunas de sus propiedades al superar determi-nados valores de su temperatura. La unidad de temperatura depende de la escala usada: . Escala Celsius (Centígrada) ºC . Escala Farenheit ºF . Escala Kelvin (Absoluta) ºK Conversiones:

Para pasar de una escala a otra se deben usar las siguientes fórmulas conversoras:

Temp. Congelamiento Agua = 0ºC Temp. Ebullición Agua = 100ºC

Temp. Congelamiento Agua = 32ºF Temp. Ebullición Agua = 212ºF

Temp. Congelamiento Agua = 273,15ºK Temp. Ebullición Agua = 373,15ºK

Medición de TemperaturaMedición de TemperaturaMedición de TemperaturaMedición de Temperatura

Para medir temperatura se usan diferentes instrumentos: . Termómetro . Pirómetro (sin contacto) . Cámara termográfica (sin contacto) . Termocuplas . RTD Algunos instrumentos necesitan estar en contacto con el cuerpo a medir, otros pueden medir sin contacto (a distancia). También hay algunos elementos que entregan una señal eléctrica proporcional a la temperatura, y un controlador electrónico especial se encarga de mostrar su valor en la escala deseada (termocuplas, resistencias variables con la temperatura RTD, etc).

Termómetro Pirómetro Cámara Termográfica

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Los Pirómetros y las Cámaras Termográficas son muy útiles para efectuar Mantenimiento Preventivo de las máquinas y equipos. Se pueden realizar mediciones de rutina cada cierto tiempo en puntos críticos y verificar si hay valores altos de temperatura que podrían indicar condiciones de mal funcionamiento, rotura próxima, conexiones eléctricas flojas, etc.

Termómetro a termocupla (portátil) Descriptivo de una termocupla para con-trol de un proceso industrial.

Las Termocuplas y las RTD son elementos usados para la medición de temperatura con con-tacto destinadas al control de procesos industriales. Hay diferentes tipos de termocuplas (tipo J, K, S, etc) y de RTD (Pt100, Pt1000, etc). Cada uno tiene sus rangos de cobertura de temperatura.

Imagen de una Pt 100 industrial

Funcionamiento de una termocupla: el extremo someti-do a la fuente de calor está formado por la unión de dos metales. En la otra punta de la termocupla apare-cerá una tensión proporcional a la temperatura.

Equipo electrónico conversor, la entrada se conecta a una Pt100 y la salida va conectada a un controlador industrial (PLC).

Controlador de Temperatura de fabricación nacional, para termocupla tipo J. Dispone de display para visualizar la temperatura medida y de una salida de control ON-OFF programa-ble (al superar cierta temperatura que se intro-duce por teclado la salida cambia de estado).

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Unidades de FuerzaUnidades de FuerzaUnidades de FuerzaUnidades de Fuerza

1 KgF = 9,8 N (KgF=kilogramo fuerza)

Fuerza es toda acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de repo-so de un cuerpo. La fuerza se mide en Newtons (N).

Unidades de Torque o MomentoUnidades de Torque o MomentoUnidades de Torque o MomentoUnidades de Torque o Momento

Torque es la fuerza aplicada a una cierta distancia de un eje de rotación. Mientras mayor la distancia al eje, mayor será el momento o torque de giro sobre el eje. El Torque se mide en Newtons.metro (N.m). T = Fuerza . distancia

Unidades de PresiónUnidades de PresiónUnidades de PresiónUnidades de Presión

Presión es la acción o influencia de una fuerza sobre una superficie. La presión se mide en Pascal (Pa) y equivalente a una fuerza total de 1 Newton actuando

uniformemente en 1 metro cuadrado de superficie. En el Sistema Inglés se mide en PSI (libra por pulgada cuadrada). La presión es medida por instrumentos llamados manómetros. Los presostatos son ele-mentos que abren o cierran un circuito eléctrico cuando la presión alcanza cierto valor.

Manómetro y presostato para cañe-ría de fluidos.

Manómetro de columna de agua. La altura medida “h” es propor-cional a la diferencia de presión entre ambas ramas (P1 y P2).

FRL (unidad filtro regulador lubricador) usada en las cañerias neumáticas. Gi-rando la perilla se regula la presión del circuito neumá-tico aguas abajo.

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Existen muchas unidades para medir presión, las principales son: Pascal (Pa) o sus múltiplos, PSI, bar, milímetros de columna de agua (mm.c.a), y Kg/cm2.

Ejemplo de uso de la tabla precedente: 1) Convertir 30 PSI a bar: 30 PSI . 0,0689 bar = 2,067 bar PSI 2) Se utilizó un manómetro de tubo en U para medir la diferencia de presión entre una cañería de “alta presión” y otra de “baja presión”. La medición arrojó 4 cm. Que diferencia de presión en bar había entre am-bas cañerías? 4 cm.c.a = 4 cm.c.a . 0,00098 bar__ = 3,92 mbar cm.c.a 3) Cual es la presión de 1 atmósfera expresada en hectopascales? 1 atm = 101,3 kPa = 1013 hPa.

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Presión ManométricaPresión ManométricaPresión ManométricaPresión Manométrica

Es la diferencia entre la presión absolutapresión absolutapresión absolutapresión absoluta o real y la presión atmosféricapresión atmosféricapresión atmosféricapresión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presión a medir es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativa se llama presión de vacíopresión de vacíopresión de vacíopresión de vacío. Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión atmos-presión atmos-presión atmos-presión atmos-féricaféricaféricaférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión absoluta y la presión diferencia entre la presión absoluta y la presión diferencia entre la presión absoluta y la presión diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosféricaatmosféricaatmosféricaatmosférica, llamándose a este valor presión manométricapresión manométricapresión manométricapresión manométrica. Los aparatos utilizados para medir la presión manométrica reciben el nombre de manóme-tros. La presión manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío o vacuómetros. P.absoluta = P.atmosférica + P.manométrica Presión Atmosférica normal = 101325 Pa = 1,013 bar

Colocarle 30 psi a un neumático significa que la Colocarle 30 psi a un neumático significa que la Colocarle 30 psi a un neumático significa que la Colocarle 30 psi a un neumático significa que la presión del aire en su interior está a 30 psi por presión del aire en su interior está a 30 psi por presión del aire en su interior está a 30 psi por presión del aire en su interior está a 30 psi por encima de la presión atmosférica.encima de la presión atmosférica.encima de la presión atmosférica.encima de la presión atmosférica.

CaudalCaudalCaudalCaudal

Es la cantidad de fluido que pasa por una tubería en la unidad de tiempo. Se puede medir en: Litros / seg, Litros / min, Litros / hora. También se puede medir en: M3/ seg, M3/ min, M3/hora. El instrumento que mide caudal se llama Caudalímetro.

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Regla de TresRegla de TresRegla de TresRegla de Tres

Es una forma simple de calcular proporciones cuando se conocen 3 valores y se tiene solo 1 valor desconocido. Se escriben las proporciones, se multiplican los medios, y se divide por el extremo:

2 trabajadores ………80 bolsas 3 trabajadores ……... X bolsas

2 trabajadores ………80 bolsas X trabajadores …….240 bolsas

Trucos para resolver proporciones y Trucos para resolver proporciones y Trucos para resolver proporciones y Trucos para resolver proporciones y conversiones de unidadesconversiones de unidadesconversiones de unidadesconversiones de unidades

Proporción conocida

Proporción desconocida

Ejemplo: Se sabe que 2 trabajadores pueden producir 80 bolsas de producto en 1 hora.

1) Cuantas bolsas producirán 3 trabajadores?

2) Cuantos trabajadores necesitamos para producir 240 bolsas?

Conversión de UnidadesConversión de UnidadesConversión de UnidadesConversión de Unidades

Para pasar de una unidad a otra un método simple es colocar cocientes de igualdades y simplificar:

Ejemplo: Un generador eólico comienza a producir electricidad cuando la velocidad del viento incidente es de velocidad de 3 m/seg. Calcular a cuantos Km/hr corresponden.

igualdad igualdad

Se colocan 2 igualdades, la primera para pasar de metros a Km, y la segunda para pasar de seg a horas. Finalmente simplificar las unidades que aparezcan en el numerador y el denominador de la expresión.

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Unidades de SuperficieUnidades de SuperficieUnidades de SuperficieUnidades de Superficie

La unidad base es el Metro Cuadrado (M2). Múltiplos mas usados: Km2 Submúltiplos mas usados: cm2, mm2 1 M2 equivale a: 1.000.000 mm2 10.000 cm2 0,000001 Km2

Ejemplo: Convertir la superficie de 100 m2 a cm2

6 m2

Cálculo de Superficies, Volúmenes y Cálculo de Superficies, Volúmenes y Cálculo de Superficies, Volúmenes y Cálculo de Superficies, Volúmenes y PesosPesosPesosPesos

Fórmulas para calcular superficies simples

Ejemplo: Calcular el área transversal de un alambre de acero de 4 mm de radio. A = PI . (4mm)^2 = 3,14159 . 4 . 4 = 50,2 mm2

Para calcular el área de formas complejas se realiza la descomposición en figuras simples (rectángulos y triángulos), y luego se calcula y suman todas las áreas.

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Unidades de VolumenUnidades de VolumenUnidades de VolumenUnidades de Volumen

La unidad base es el Metro Cúbico (M3). Submúltiplos mas usados: dm3, cm3, mm3 1 M3 equivale a: 1.000.000.000 mm3 1.000.000 cm3 1.000 dm3

Ejemplo: Calcular el volumen de un tocho de acero de 100 cm2 de sección y 3 m de largo. Expresar el resultado en m3.

V = h .... l .... a

Fórmulas para calcular volúmenes simples

Peso EspecíficoPeso EspecíficoPeso EspecíficoPeso Específico

Es la relación entre el peso de un material y su volu-men. Se suele medir en gramos / centímetro cúbico (g/cm3) Conociendo el volumen que ocupa un material y su pe-so específico podemos determinar su peso total.

Ejemplo: Calcular el peso de una chapa de aluminio de 300 cm2 de sección y 3 mm de espesor. También calcular el peso como si la chapa fuera de acero.

Para el aluminio: 2,7 g/cm3 . 300 cm2 . 0,3 cm = 243 g

Para el acero: 7,85 g/cm3 . 300 cm2 . 0,3 cm = 706,5 g

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Errores de MediciónErrores de MediciónErrores de MediciónErrores de Medición

El valor verdadero de una cierta magnitud que se mide es siempre imposible de determi-siempre imposible de determi-siempre imposible de determi-siempre imposible de determi-nar nar nar nar por las limitaciones tanto del operador como de los instrumentos de medida. Toda medida va afectada de un errorToda medida va afectada de un errorToda medida va afectada de un errorToda medida va afectada de un error, también imposible de determinar, pero cuyo valor podemos acotaracotaracotaracotar dentro de márgenes adecuados. El error de mediciónerror de mediciónerror de mediciónerror de medición se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdade-ro.

El error afecta a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas cau-sas. Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibra-ciones y compensaciones, se denominan Causas SistemáticasCausas SistemáticasCausas SistemáticasCausas Sistemáticas y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Las que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, se denominan Causas Aleato-Causas Aleato-Causas Aleato-Causas Aleato-riasriasriasrias y están relacionados con la precisión del instrumento.

Clase de un Instrumento de MediciónClase de un Instrumento de MediciónClase de un Instrumento de MediciónClase de un Instrumento de Medición

Indica el mayor error porcentual absoluto de la medición referido al valor máximo de la escala. Ejemplo: Para un voltímetro “Clase 2" en la escala de rango 0-250 V el fabricante ase-gura una precisión porcentual absoluta del 2%. Por lo tanto el Error absoluto máximo en esa escala será = 2%.250V = ±5V.

Tratar de que las mediciones estén en el tercio superior de la escala del instrumento, para que el error % afecte lo menos posible.

Los instrumentos de medición se utili-zan, se guardan, se mantienen o repa-ran y se calibran. Pueden formar parte del sistema de ca-lidad de la empresa, si sus mediciones son tomadas en cuenta para el control de calidad del producto. La calibración del instrumento la realiza un ente certificador ente certificador ente certificador ente certificador utilizando un instru-mento patrón certificado.

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Uso del Calibre Uso del Calibre Uso del Calibre Uso del Calibre

El Calibre es un instrumento para medir longitudes cortas, diámetros internos, y profundi-dades. Mide en cm y mm. Dispone de un noniononiononiononio para disminuir el margen de error a solo una décima de milímetro (0,1 mm).